高中生物第三章基因的本质第4节基因是有遗传效应的DNA片段教学案新人教版必修2.docx

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高中生物第三章基因的本质第4节基因是有遗传效应的DNA片段教学案新人教版必修2

第4节　基因是有遗传效应的DNA片段

[学习导航]　1.阅读分析教材“资料分析”，归纳概括基因和DNA的关系。

2.阅读教材“DNA片段中的遗传信息”，利用数学方法归纳DNA分子的多样性和特异性。

3.归纳基因的概念。

[重难点击]　1.基因的本质。

2.DNA与染色体的关系。

在孟德尔分离定律中我们提到了遗传因子，它是一种可以遗传的物质，也就是我们常说的基因。

随后又学习了萨顿假说，摩尔根通过果蝇的遗传实验将基因定位在染色体上。

而在本章学习中知道了染色体中只有DNA是遗传物质。

回忆了这些知识，我们会提出问题：

基因是不是在DNA上？

它有遗传性吗？

基因与DNA究竟是什么关系？

下面我们学习“基因是有遗传效应的DNA片段”。

一、说明基因与DNA关系的实例

请据图回答下列问题：

1．若图中A为糖类，则A、C、G分别是什么？

答案　分别为脱氧核糖、磷酸、蛋白质。

2．D、E、F、H之间有什么数量关系？

答案　每一条H（染色体）上有1个或者2个F（DNA）分子；每个F（DNA）分子上有许多个E（基因）；每个E（基因）含有许多个D（脱氧核苷酸）。

3．真核生物中，H是F的唯一载体吗？

答案　不是，染色体是DNA的主要载体，另外叶绿体和线粒体也是DNA的载体。

知识整合　每一条染色体上有1个或者2个DNA分子，每个DNA分子上有许多个基因，每个基因含有许多个脱氧核苷酸；真核细胞中染色体是DNA的主要载体，另外叶绿体和线粒体也是DNA的载体。

1．如图是果蝇染色体上的白眼基因示意图，下列叙述正确的是（　　）

A．白眼基因片段中，含有成百上千个核糖核苷酸

B．S基因是有遗传效应的DNA片段

C．白眼基因在常染色体上

D．基因片段中有5种碱基，8种核苷酸

答案　B

解析　白眼基因位于X染色体上，组成基因片段的基本组成单位是脱氧核苷酸，有4种碱基，4种脱氧核苷酸。

2．人类14号染色体信息已被破译，总计含87410661个碱基对，这一结果于2003年1月4日发表在英国科学周刊《自然》杂志上。

研究报告称，第14号染色体含有1050个基因。

则平均每个基因含有的碱基数为（　　）

A．83248B．166496

C．1050D．不能确定

答案　D

解析　一个DNA分子中含有多个基因。

在基因之间的DNA片段属于间隔区段，这些间隔区段因为没有遗传效应而不属于基因。

人类14号染色体上的87410661个碱基对，并不全属于该染色体上含有的1050个基因。

二、DNA片段中的遗传信息

1．遗传信息

生物的遗传性状以遗传信息形式编排在DNA分子上，表现为特定的碱基排列顺序。

由于基因是有遗传效应的DNA片段，因此基因中脱氧核苷酸的排列顺序可以代表遗传信息；由于不同基因的脱氧核苷酸的排列顺序（碱基顺序）不同，因此不同的基因就含有不同的遗传信息。

2．基因的多样性和特异性

（1）多样性：

构成DNA分子的碱基只有4种，配对方式只有2种，但是碱基对的数目却可以成千上万，形成的碱基对的排列顺序也可以千变万化，从而构成了DNA分子的多样性，也决定了遗传信息的多样性，即基因的多样性。

（2）特异性：

每个特定的DNA分子都有特定的碱基排列顺序，都储存着特定的遗传信息，即基因的特异性。

3．生物多样性与DNA分子多样性的关系

DNA分子的多样性和特异性是生物体多样性和特异性的物质基础。

1．假设长度为17个碱基对的脱氧核苷酸序列组成一个基因，那么这17个碱基对可以排列出大约多少种基因？

这说明了遗传信息的什么特性？

答案　417种。

说明了遗传信息的多样性。

2．假设人类基因组中第1号染色体上第1个基因由17个碱基对随机排列构成的，那么你与你同桌相比，这个基因的脱氧核苷酸序列完全相同的可能性为多少？

这说明遗传信息的什么特点？

答案　1/（417×417），几率很小。

说明遗传信息的特异性。

知识整合　基因中脱氧核苷酸的排列顺序代表着遗传信息，遗传信息具有多样性和特异性。

3．“DNA指纹技术”在刑事侦破、亲子鉴定等方面作用巨大，这主要是根据DNA具有（　　）

A．稳定性B．特异性

C．多样性D．可变性

答案　B

解析　每个特定的DNA分子都具有特定的碱基排列顺序，即DNA分子具有特异性，根据这一特性可辅助进行刑事侦破、亲子鉴定等。

4．下列关于遗传信息的说法，不确切的是（　　）

A．基因的脱氧核苷酸的排列顺序代表遗传信息

B．遗传信息主要是通过染色体上的基因传递的

C．生物体内的遗传信息主要储存在DNA分子上

D．遗传信息即生物表现出来的性状

答案　D

解析　生物体的所有性状，都以一种特定的脱氧核苷酸排列顺序来代表，这种排列顺序就是遗传信息。

1．下列关于基因的叙述，正确的是（　　）

A．DNA分子上任意一个片段都是基因

B．人体细胞中染色体是基因的唯一载体

C．等位基因的根本区别是脱氧核苷酸的排列顺序不同

D．基因的多样性决定了DNA分子的多样性

答案　C

解析　基因是有遗传效应的DNA片段，而不是DNA分子中任意一片段；人体细胞中染色体是基因的主要载体，线粒体中也分布着一定数量的基因；构成基因的基本单位是脱氧核苷酸；基因的多样性与DNA分子的多样性均与脱氧核苷酸的数量和排列顺序有关。

2．科学研究发现，小鼠体内HMGIC基因与肥胖直接相关。

具有HMGIC基因缺陷的实验小鼠与作为对照的正常小鼠，吃同样多的高脂肪食物，一段时间后，对照组小鼠变得十分肥胖，而具有HMGIC基因缺陷的实验小鼠体重仍然保持正常，这说明（　　）

A．基因在DNA上

B．基因在染色体上

C．基因具有遗传效应

D．DNA具有遗传效应

答案　C

解析　根据对照实验，正常小鼠吃高脂肪食物则肥胖，具有HMGIC基因缺陷的小鼠吃同样多的高脂肪食物体重仍保持正常，说明肥胖由基因控制，从而得出基因能够控制性状，具有遗传效应。

3．下列关于DNA和基因的关系的叙述，正确的是（　　）

A．基因是碱基对随机排列而成的DNA片段

B．DNA的碱基排列顺序就代表基因

C．一个DNA分子上有许多个基因

D．组成不同基因的碱基数量一定不同

答案　C

解析　每个DNA分子上有多个基因，它们在染色体上呈线性排列。

4．下列与生物体内核酸分子功能多样性无关的是（　　）

A．核苷酸的组成种类

B．核苷酸的连接方式

C．核苷酸的排列顺序

D．核苷酸数量的多少

答案　B

解析　核酸分子的多样性与核苷酸的种类、数量和排序有关，在核苷酸链中，核苷酸之间都是通过磷酸二酯键相连接的。

5．DNA分子杂交技术在社会生活中已经得到广泛应用。

如用在侦察犯罪上，可从犯罪嫌疑人和现场遗留物中分别提取DNA，然后在一个温度下水浴加热，使DNA氢键断裂，双链打开。

若两份样本来自同一个体，在温度降低时，两份样本中的DNA单链会通过氢键连接在一起；若不是来自同一个体，则两份样本中的DNA单链一定程度上不能互补，这样可以鉴别犯罪嫌疑人。

由以上材料，完成下列问题：

（1）人体DNA的载体是____________________。

（2）为了确保实验的准确性，需要克隆出较多的DNA样品。

若一个只含31P的DNA分子用32P标记的脱氧核苷酸为原料连续复制三次后，含32P的单链占全部单链的____________。

（3）侦察犯罪的理论基础是：

不同个体的DNA分子具有____________。

答案　

（1）染色体和线粒体　

（2）

　（3）特异性

课时作业

[学考达标]

1．下列有关基因的叙述，正确的是（　　）

A．基因是体现生物遗传效应的结构单位和功能单位

B．经测定一个由n个脱氧核苷酸构成的DNA分子中，包含了m个基因，则每个基因的平均长度为n/2m个脱氧核苷酸对

C．人体细胞内的基因全部位于染色体上

D．基因中脱氧核苷酸的排列顺序就是遗传信息，只能通过减数分裂传递给后代

答案　A

解析　基因是有遗传效应的DNA片段。

一个DNA分子上有许多个基因，但并非基因与基因紧密相连，那些没有遗传效应的DNA片段并不是基因，因此B项中基因的平均长度小于n/2m个脱氧核苷酸对。

人体细胞内的基因主要在染色体上，线粒体DNA分子上也有少量基因。

有性生殖的生物通过减数分裂将遗传信息传递给下一代，无性生殖的生物通过有丝分裂将遗传信息传递给下一代。

2．组成DNA的碱基只有4种，4种碱基的配对方式只有2种，但DNA分子具有多样性和特异性，主要原因是（　　）

A．DNA分子是高分子化合物

B．脱氧核糖结构不同

C．磷酸的排列方式不同

D．碱基的排列顺序不同，碱基数目很多

答案　D

3．某生物体有10对同源染色体，其生殖细胞中的DNA总量约为7×109个脱氧核苷酸对，假定每个基因平均含有1.4×104个脱氧核苷酸，则此生殖细胞中，染色体上的基因个数（　　）

A．小于5×105个B．等于5×105个

C．小于1×106个D．等于1×106个

答案　C

解析　生殖细胞中基因总数为（2×7×109）÷（1.4×104）＝106个，但基因不只是位于染色体上，故此生殖细胞中染色体上的基因个数小于106个。

4．下列关于基因的说法，正确的是（　　）

A．基因就是任意一段DNA分子

B．基因一定位于染色体上

C．基因是有遗传效应的DNA片段

D．不同基因上带有的遗传信息相同

答案　C

解析　并非DNA上任意一个片段就是基因，必须是具有遗传效应的DNA片段才是基因。

5．目前，DNA计算机技术已成为科学研究的热点。

若用DNA分子存储信息，理论上一个含有100个碱基的双链DNA分子片段最多可存储多少个不同的数据（　　）

A．50B．100C．450D．4100

答案　C

解析　100个碱基的DNA分子片段中有50个碱基对，由此形成的不同DNA分子碱基序列有450种，所以，理论上一个含有100个碱基的DNA分子片段最多可存储450个不同的数据。

6．遗传信息是指（　　）

A．有遗传效应的脱氧核苷酸序列

B．脱氧核苷酸序列

C．氨基酸序列

D．核苷酸序列

答案　A

解析　所谓的遗传信息是指能够表达（形成特定氨基酸顺序的蛋白质）出来的DNA（基因）脱氧核苷酸序列（有遗传效应的DNA片段），不同的脱氧核苷酸序列能够控制形成不同氨基酸顺序的蛋白质。

[高考提能]

7．确认两个基因是相同基因的依据是两者（　　）

A．位于同一条染色体上

B．位于同源染色体的同一位置

C．控制相对性状

D．具有相同的碱基排列顺序

答案　D

解析　基因中碱基的排列顺序就代表遗传信息，如果两个基因相同，其基因中的碱基排列顺序一定相同，否则两基因就不同，而位于同源染色体同一位置的基因可能是等位基因，等位基因碱基排列顺序不同。

8．基因研究最新发现表明，人与小鼠的基因约80%相同，则人与小鼠DNA碱基序列相同的比例是（　　）

A．20%B．80%C．10%D．无法确定

答案　D

解析　基因是有遗传效应的DNA片段。

据估计，人的一个染色体组中约有30亿个碱基，其中构成基因的碱基数不超过全部碱基的10%。

基因研究结果表明人与小鼠的基因碱基序列约80%相同，但不能根据部分碱基序列相同的比例来推断全部碱基序列相同的比例。

9．如图为果蝇某一条染色体上的几个基因示意图，下列有关叙述正确的是（　　）

A．基因R、S、N、O在果蝇所有体细胞中都表达

B．R、S、N、O互为非等位基因

C．果蝇的每个基因都是由成百上千个核糖核苷酸组成的

D．基因R、S、N、O中

的比值一般相同

答案　B

解析　R、S、N、O控制果蝇不同的性状，在果蝇体细胞中选择性表达，互为非等位基因。

10．科学家通过对前列腺癌细胞的研究发现，绿茶中的多酚可减少BCL—XL蛋白，而这种蛋白有抑制癌细胞凋亡的作用。

这表明绿茶具有抗癌作用，根本原因是由于绿茶细胞中具有（　　）

A．多酚B．多酚酶基因

C．BCL—XL蛋白D．BCL—XL蛋白酶

答案　B

解析　材料指出多酚能抗癌，但多酚不是蛋白质，因而不是由基因直接控制的，所以多酚的合成需要相应的酶催化。

11．下图所示细胞中与基因有关的物质或结构，请分析并回答下列问题：

（1）细胞内的遗传物质是[　]____________，基因和b的关系是__________________。

（2）遗传物质的主要载体是[　]____________，基因和a的关系是______________________。

（3）c和b的关系是____________________，b被彻底水解后的产物是____________（填字母）。

（4）h可用____________试剂鉴定。

（5）如果基因存在于____________上，则其遗传方式与性别相关联，这就是____________。

（6）b的空间结构是________________。

若其中的

＝0.25，则G占总碱基数比例为____________，其中一条单链中

＝____________。

答案　

（1）b　DNA　基因是有遗传效应的DNA（b）片段　

（2）a　染色体　基因在a上呈线性排列　（3）c是组成b的基本单位　d、e、f　（4）双缩脲　（5）性染色体

伴性遗传　（6）规则的双螺旋结构　40%　0.25

解析　图中a为染色体，b为DNA，c为脱氧核苷酸，d、e、f可代表磷酸、脱氧核糖、含氮碱基，g为C、H、O、N、P五种元素，h为蛋白质。

12．如图表示一个DNA分子上的三个片段A、B、C，请完成下列问题：

（1）片段A和C之所以能称为基因，是因为它们都是____________________________________

________________________________________________________________________。

（2）片段A和片段C的不同之处是______________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）片段A和片段B的不同之处是______________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）一般情况下，在一个DNA分子中类似于B的片段的长度要____________类似于A的片段的长度。

（5）在人类染色体DNA不表达的片段中有一部分是串连重复的序列，它们在个体之间具有显著的差异性，这种短序列应该位于图中的____________。

（6）上题中所说的短序列可应用于____________。

A．生产基因工程药物

B．侦查罪犯

C．遗传病的产前诊断

D．基因治疗

答案　

（1）具有遗传效应的DNA片段，能控制一定的生物性状　

（2）其内部的遗传信息即脱氧核苷酸的排列顺序及数目不同　（3）片段B中的碱基序列不携带遗传信息，不具有遗传效应　（4）大于　（5）基因间隔区B　（6）B

13．由于DNA上的“遗传因子”基本都是符合孟德尔的遗传定律的，因此人类可以利用PCR技术合成的DNA进行亲子鉴定，其原理是：

首先获取被测试者的DNA，并进行PCR扩增，取其中一样本DNA用限制酶切成特定的小片段，放进凝胶内，用电泳推动DNA小片段分离，再使用特制的“探针”去寻找基因。

相同的基因会凝聚在一起，然后利用特别的染料在X光照射下，便会显示由DNA探针凝聚在一起的黑色条码。

每个人的条码一半与其母亲的条码吻合，另一半与其父亲的条码吻合。

（1）2002年6月，我国第一张18位点的“基因身份证明”在湖北武汉诞生。

人的“基因身份证明”是否终身有效？

________。

理由是___________________________________________。

（2）双胞胎或多胞胎的“基因身份证明”是否一定完全相同？

________，原因是___________

________________________________________________________________________。

（3）图示某小孩和其母亲以及待测定的四位男性的DNA指纹图谱示意图，请推测该小孩真正生物学上的父亲是________，原因是_________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）是　因为同一个体的不同生长发育阶段和不同组织的DNA是相同的，所以它有高度的个体特异性和稳定性　

（2）不一定　如果是异卵双生的双胞胎，其遗传物质不相同　（3）B　子代遗传物质一半来自父亲，一半来自母亲

解析　

（1）同一个体的所有体细胞都是由同一个受精卵有丝分裂而来的，所以DNA相同，具有个体的特异性和稳定性，故“基因身份证明”终身有效。

（2）同卵双胞胎DNA相同，但异卵双胞胎DNA不一定相同。

（3）对比DNA指纹图谱就会发现孩子的基因有一半与母亲相同，还有一半与B相同，而A、C、D与孩子DNA指纹图谱不相同，所以B是孩子真正生物学上的父亲。

[真题体验]

14．（经典题）下列关于染色体、DNA、基因三者之间的关系的叙述，不正确的是（　　）

A．三者行为一致

B．三者都是生物细胞内的遗传物质

C．每条染色体上含有1个或2个DNA分子，DNA分子上含有多个基因

D．在生物的繁衍过程中，染色体的行为决定着DNA和基因的行为

答案　B

解析　生物细胞内的遗传物质只能是DNA，基因是具有遗传效应的DNA片段，染色体是DNA的主要载体。

15．（2014·福建，5）STR是DNA分子上以2～6个核苷酸为单元重复排列而成的片段，单元的重复次数在不同个体间存在差异。

现已筛选出一系列不同位点的STR用作亲子鉴定，如7号染色体有一个STR位点以“GATA”为单元，重复7～14次；X染色体有一个STR位点以“ATAG”为单元，重复11～15次。

某女性7号染色体和X染色体DNA的上述STR位点如下图所示。

下列叙述错误的是（　　）

A．筛选出用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点

B．为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测

C．有丝分裂时，图中（GATA）8和（GATA）14分别分配到两个子细胞中

D．该女性的儿子X染色体含有图中（ATAG）13的概率是1/2

答案　C

解析　A项，子代细胞的核DNA有50%来自母方，所以可以通过比较亲子代间DNA的差异确定亲子关系，若无变异发生，则子代应有50%的核DNA与母亲的核DNA相同，但若鉴定的DNA片段变异性较强，会干扰亲子鉴定的准确率，故选择用于亲子鉴定的STR应具有不易发生变异的特点；B项，为保证亲子鉴定的准确率，应选择足够数量不同位点的STR进行检测，这样可以减少偶然因素导致的误差；C项，在有丝分裂过程中，核DNA复制后平均分配到两个子细胞中，所以两个子细胞中都同时具有（GATA）8和（GATA）14，不会发生（GATA）8和（GATA）14分别分配到两个子细胞中的现象；D项，该女性的儿子从母亲那里获得两条X染色体中的一条，所以儿子的X染色体中含有（ATAG）13的概率为1/2。